(57)【要約】【課題】鉛フリーはんだを用いながらも複数の接合部をボイド等を生じることなくそれぞれ接合することができる半導体装置の製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】予め所定の加熱条件での接合部Ａ及びＢの温度を求め、これら接合部Ａ及びＢの温度差に基づいて互いに異なる融点を有する第１及び第２の鉛フリーはんだ２及び４をそれぞれ接合部Ａ及びＢに対応させて選択する。次に、第１の鉛フリーはんだ２を接合部Ａに、第２の鉛フリーはんだ４を接合部Ｂにそれぞれ配置すると共に加熱装置により所定の加熱条件で加熱して２つの接合部Ａ及びＢを同時にはんだ付けする。これにより、接合部Ａ及びＢが同時に接合され、半導体装置が製造される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース板と回路基板との間、及び回路基板と半導体チップとの間に存在する複数の接合部をそれぞれはんだ付けにより接合して半導体装置を製造する方法において、
所定の加熱条件で加熱してはんだ付けする際に熱容量に起因して複数の接合部の間で生じる温度差に基づいてそれぞれ異なる融点を有する鉛フリーはんだを複数の接合部に対応させて選択し、
複数の接合部をそれぞれ前記対応する鉛フリーはんだにより前記所定の加熱条件で同時にはんだ付けして接合する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置の製造方法に係り、特にベース板の上に回路基板がはんだ付けにより接合されると共に回路基板の上に半導体チップがはんだ付けにより接合された半導体装置を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、パワーモジュール等の半導体装置は、ベース板の上に回路基板が配置され、回路基板上に半導体チップが配置された構造を有している。このような半導体装置の製造方法として、例えば特許文献１には、互いに大きく異なる融点を有する高温はんだ及び低温はんだを用意し、回路基板と半導体チップとの間を高温はんだで接合した後に、ベース板と回路基板との間を低温はんだにより接合する方法が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１１０９５７号公報
【０００４】
また、この他、同一のはんだを使用して回路基板と半導体チップとの間、及び半導体チップとベース板との間を同時に接合する方法がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、環境対策のために鉛を含まない鉛フリーはんだが用いられ始めているが、鉛フリーはんだには、いわゆる高温はんだとして利用できるものが開発されていないため、上述の特許文献１のような方法を用いることができない。
また、ベース板と回路基板との間、及び回路基板と半導体チップとの間を、同一の鉛フリーはんだを用いて同時に接合しようとすると、半導体チップとベース板との熱容量の差に起因して２つの接合部の間に温度差が生じ、鉛フリーはんだにボイド等が発生するという問題がある。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、鉛フリーはんだを用いながらも複数の接合部をボイド等を生じることなくそれぞれ接合することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る半導体装置の製造方法は、ベース板と回路基板との間、及び回路基板と半導体チップとの間に存在する複数の接合部をそれぞれはんだ付けにより接合して半導体装置を製造する方法において、所定の加熱条件で加熱してはんだ付けする際に熱容量に起因して複数の接合部の間で生じる温度差に基づいてそれぞれ異なる融点を有する鉛フリーはんだを複数の接合部に対応させて選択し、複数の接合部をそれぞれ対応する鉛フリーはんだにより所定の加熱条件で同時にはんだ付けして接合する方法である。
【０００７】
所定の加熱条件で加熱してはんだ付けする際に、熱容量に起因して、ベース板と回路基板との間、及び回路基板と半導体チップとの間に存在する複数の接合部の間で温度差が生じる。そこで、予め所定の加熱条件における複数の接合部の温度を求め、これら複数の接合部の温度差に基づいて互いに異なる融点を有する複数の鉛フリーはんだをそれぞれ複数の接合部に対応させて選択する。次に、各鉛フリーはんだを対応する接合部に配置して加熱することにより複数の接合部を同時にはんだ付けする。これにより、複数の接合部が同時に接合されて半導体装置が製造される。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、鉛フリーはんだを用いながらも複数の接合部をボイド等を生じることなくそれぞれ接合することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１を参照して、この発明の実施の形態に係る方法により製造された半導体装置の断面図を示す。この半導体装置は、パワーモジュール等として用いられるものであり、ＡｌやＣｕ等の金属からなる放熱性のベース板１の上に、第１の鉛フリーはんだ２を介して回路基板３が接合されている。また、回路基板３の上に、第１の鉛フリーはんだ２とは異なる種類の第２の鉛フリーはんだ４を介してＩＧＢＴやＭＯＳ−ＦＥＴ等のパワーチップ５が接合されている。
ここで、ベース板１と回路基板３との間に配置されている第１の鉛フリーはんだ２、及び回路基板３とパワーチップ５との間に配置されている第２の鉛フリーはんだ４は、それぞれ鉛を含まないはんだであり、互いに異なる融点を有している。
【００１０】
次に、この実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。ここで、ベース板１はパワーチップ５よりも大きい熱容量を有しており、そのため、所定の加熱条件で加熱してベース板１と回路基板３との間の接合部Ａ、及び回路基板３とパワーチップ５との間の接合部Ｂのはんだ付けを行う際には、接合部Ｂが接合部Ａよりも高い温度になる。
そこで、予め所定の加熱条件における接合部Ａ及びＢの温度を実験により、あるいは計算により求め、これら接合部Ａ及びＢの温度差に基づいて互いに異なる融点を有する第１の鉛フリーはんだ２及び第２の鉛フリーはんだ４をそれぞれ接合部Ａ及びＢに対応させて選択する。例えば、所定の加熱条件において、接合部Ａが２００℃になると共に接合部Ｂが２２０℃になって接合部Ａ及びＢの温度差が２０℃になる場合には、第１の鉛フリーはんだ２の融点と第２の鉛フリーはんだ４の融点との間にもほぼ２０℃の温度差を持たせ、接合部Ａに対して２００℃程度の融点を有する第１の鉛フリーはんだ２を選択し、接合部Ｂに対して２２０℃程度の融点を有する第２の鉛フリーはんだ４を選択する。
【００１１】
次に、選択した第１の鉛フリーはんだ２をベース板１と回路基板３との間の接合部Ａに、第２の鉛フリーはんだ４を回路基板３とパワーチップ５との間の接合部Ｂにそれぞれ配置すると共に加熱装置により所定の加熱条件で加熱することにより、第１の鉛フリーはんだ２及び第２の鉛フリーはんだ４を溶融させて２つの接合部Ａ及びＢを同時にはんだ付けする。これにより、ベース板１と回路基板３との間、及び回路基板３とパワーチップ５との間が同時に接合され、半導体装置が製造される。
【００１２】
このように、接合部Ａ及びＢにそれぞれ対応して選択された第１の鉛フリーはんだ２及び第２の鉛フリーはんだ４を用いて所定の加熱条件ではんだ付けするため、濡れ性が向上すると共にボイド等の発生が防止され、したがって高い品質のはんだ付けを実現することができる。
また、２つの接合部Ａ及びＢが同時にはんだ付けされて接合されるため、容易に半導体装置を製造することができる。
【００１３】
なお、加熱装置として、水素還元炉や真空リフロー炉など、その他各種の装置を用いることができる。
また、上述の実施の形態では、熱容量に起因して接合部Ａ及びＢの間で生じる温度差と同じ温度差の融点を有する第１の鉛フリーはんだ２及び第２の鉛フリーはんだ４を選択したが、はんだ付けの際に使用される加熱装置の熱の加え方によっても接合部Ａ及びＢの間で温度差が生じ得るため、この温度差も加味した融点を有する第１の鉛フリーはんだ２及び第２の鉛フリーはんだ４を選択すれば、さらに品質の高いはんだ付けを実現することができる。
【００１４】
なお、回路基板３としては、セラミックス板の上面及び下面にそれぞれＣｕやＡｌ等からなる配線パターンが形成されたセラミック絶縁基板や、ＣｕまたはＡｌ等からなる放熱性の金属基板の上に絶縁樹脂層を介してＣｕ等からなる配線パターンが形成されたメタルベース基板など、その他各種の基板を用いることができる。
【００１５】
なお、上述の実施の形態では、ベース板１、回路基板３及びパワーチップ５が３段に積層される半導体装置を製造する場合について説明したが、ベース板１と回路基板３との間や、回路基板３とパワーチップ５との間にヒートシンク等の部材が配置され、ベース板１と回路基板３との間、及び回路基板３とパワーチップ５との間に存在する複数の接合部がはんだ付けにより接合されて３段以上に積層される半導体装置を製造する場合にも、この発明の半導体装置の製造方法を適用することにより、鉛フリーはんだを用いながらも複数の接合部を高い品質で容易に接合することができる。
また、この発明では、パワーチップ５に限らず、その他各種の半導体チップを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態に係る方法により製造された半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  ベース板、２  第１の鉛フリーはんだ、３  回路基板、４  第２の鉛フリーはんだ、５  パワーチップ、Ａ，Ｂ  接合部。
【図１】
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